[实用新型]线径测量仪

说明书

本实用新型是一种线径测量仪。它涉及光学测量领域特别是线径的在线测量。

在《计量技术》(1997年第7期，15-16页)中公开了一种线径测量仪。它由位于凸透镜一侧焦点处的点光源、另一侧的成像物镜及其置于其后的线阵电荷耦合器及其驱动电路和处理器所构成，点光源经凸透镜产生平行光后，将被测物体投影到置于其后的线阵电荷耦合器上，由于被测物的遮挡作用，在线阵电荷耦合器上的光强分布中形成一个与被测物尺寸相同的暗区，线阵电荷耦合器将光强的分布转换成相应的电信号输出，该信号经二值化比较电路和数据处理器所构成的处理器处理后得出被测物的尺寸。它的不足之处是理论上被测物边缘的光强应为无阻挡时光强的四分之一，因直边衍射的菲涅耳效应，此时的平行光通过被测物时，其测量输出波形如图1所示，其中横坐标X为线阵电荷耦合器像元的位置分布；纵坐标Y为归一化的光强分布，从图中可见二值化比较电路很难在上述波形中将高电平精确定位，因此测量精度受到很大的影响。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种测量精度高的线径测量仪。

本实用新型是通过以下措施来实现的：点光源由电机及其轴上的反射镜和激光器所构成，所述的激光器输出光斑经反射镜落至凸透镜；线阵电荷耦合器件的上、下端分别置有光电开关。所述的电机与被测物同轴向设置。所述的反射镜的反射面与电机的轴向平行。所述的激光器的输出光轴与电机的轴向垂直。所述的激光器为氦氖激光器或半导体激光器。凸透镜与线阵电荷耦合器间置有一对滤光片。所述的处理器由A/D转换电路和数据处理器所构成。

本实用新型由于采用了激光扫描产生平行光并将其顺序扫过被测物，从而避免了在被测物后的线阵电荷耦合器上光强分布的直边衍射现象，使得被测物后的光强分布仅为三直线段，如图3所示，其中横坐标X为线阵电荷耦合器像元的位置分布；纵坐标Y为归一化的光强分布，由图中可见处理器很容易精确地确定出半峰值点，来确保及大大提高测量精度。在此基础上，处理器采用A/D转换电路将线阵电荷耦合器像元的电压模拟信号变换成数字信号，再由数据处理器对其进一步处理，可使测量精度突破像元尺寸的限制，以获更大的提高。

下面结合附图详细说明本实用新型的具体结构和工作情况。

图1是现有技术中线阵电荷耦合器的输出波形。

图2是本实用新型的一种基本结构示意图。

图3是图2的线阵电荷耦合器的输出波形。

参照图2、图3，凸透镜3一侧的焦点处置有由电机1及其轴上的反射镜2和激光器9所构成的点光源，其中激光器9的输出光斑经反射镜2落至凸透镜3。凸透镜3的另一侧为线阵电荷耦合器5及其驱动电路10和由A/D转换电路与数据处理器所组成的处理器6，它们相互电连接。凸透镜3与线阵电荷耦合器5间置有一对滤光片(8，8′)；被测物4位于该对滤光片(8，8′)之间。线阵电荷耦合器5的上、下端各置有光电开关(7，7′)，该开关(7，7′)分别与驱动电路10相电连接。

工作时电机1带动反光镜2转动，将来自激光器9的激光反射至凸透镜3，由凸透镜3将其转换为平行光后通过滤光片8自上而下扫过被测物4后再经滤光片8′投射到线阵电荷耦合器5上，先于线阵电荷耦合器5接收到平行光的光电开关7启动线阵电荷耦合器5驱动电路10工作，并控制线阵电荷耦合器5进入光积分过程，当平行光扫过被测物后至光电开关7′时，该开关7′控制驱动电路10结束光积分过程，最后得到如图3所示波形的电信号，开关7′同时将该信号取送至A/D转换电路，再经数据处理器进行处理。由于CCD驱动频率可达几百KHz-几兆Hz，在扫描间隔时间内，数据可被采集和处理完成。